motor energeticos
Páginas: 19 (4599 palabras)
Publicado: 13 de diciembre de 2015
CAPITULO II
ESTUDIO Y DESCRIPCIÓN DEL MOTOR STIRLING
2.1 Generalidades
En este capitulo se hablará sobre el principio de funcionamiento de los motores Stirling en general, sus partes y sobre las diferentes configuraciones de éste, y, también, se realizará el estudio termodinámico del ciclo del motor Stirling.
2.1.1 Principio de funcionamiento del motor Stirling.
Elfuncionamiento del motor Stirling se basa en el aprovechamiento de los cambios volumétricos del fluido de trabajo como resultado de los cambios de temperatura que éste sufre. Estos cambios volumétricos se deben al desplazamiento del fluido de trabajo entre la zona caliente y la zona fría en un cilindro cerrado.
A continuación se explicará el funcionamiento del motor con la ayuda de una serie dediagramas:
1. Si se tiene aire encerrado en un cilindro y luego se calienta, se observa que la presión dentro del cilindro se incrementa. Se asume que una de las tapas del cilindro es un émbolo y que éste es hermético; entonces habrá una expansión del gas y aumentará el volumen interior del cilindro hasta cierta posición final del émbolo.
.
Figura 2.1 Calentamiento del airedentro de un cilindro.
2. Si al mismo cilindro, en su estado de expansión, se enfría rápidamente, la presión disminuye; entonces, el volumen se contrae y la posición del émbolo vuelve al estado inicial.
Figura 2.2 Enfriamiento del aire dentro de un cilindro.
3. Si el proceso del estado 1 se repite, pero ahora uniendo el émbolo a una volante. El incremento de la presión forzará al émbolo amoverse ocasionando el giro de la volante, con lo cual se consigue que el “cambio volumétrico” se transforme en movimiento.
Figura 2.3 Conversión de la expansión del gas en movimiento, a través de un mecanismo.
4. Si se repite el proceso del estado 2, enfriando rápidamente, el pistón retorna por efecto del movimiento de la volante y se produce la disminución de la presión y el volumen.Figura 2.4 Conversión de la compresión del gas en movimiento, a través de un mecanismo
5. Si se juntan los procesos 3 y 4, en un solo cilindro, con un desplazador, se producirá el movimiento del motor debido a la expansión del gas, y, durante la compresión el pistón retornará a su posición debido a la energía de la volante.
Figura 2.5 Esquema general de un motor Stirling
Con estesimple ejemplo se ha explicado el principio de funcionamiento del motor
Stirling.
2.2 Descripción de los componentes de un motor Stirling
Un motor Stirling está compuesto, generalmente, de las siguientes partes (figura 2.6):
Figura 2.6 Componentes de un motor Stirling.
2.2.1 Zona caliente
Esta es la parte del motor donde se le entrega (transfiere) calor, y, por consiguiente, estarásometido a altas temperaturas (alrededor de 800ºC). Los materiales a utilizar para su fabricación deberían ser materiales resistentes al CREEP. Se podría utilizar acero inoxidable austenítico, acero al Cr-Mo, etc.
Esta parte puede ser de varias formas. Su forma más simple es cuando no hay ningún tipo de presurización dentro del cilindro, ésta puede ser un cilindro con una tapa plana,como se muestra en la figura 2.7. Esta configuración la podemos adoptar en motores pequeños y experimentales que no estén presurizados.
Figura 2.7 Fotografía de la zona caliente de un motor no presurizado.
En el caso que se desee presurizar el cilindro del motor Stirling, debería tener una forma de tal manera que aumentemos el área de transferencia de calor, debido a que la cantidad de fluidode trabajo que se requiere calentar es mayor (debido a la presurización). En la figura 2.8 se muestra un esquema de esta configuración.
Figura 2.8 Fotografía de la zona caliente para un motor presurizado.
El diseño de la zona caliente varía de acuerdo al fluido de trabajo a utilizar, esto es debido a las propiedades del fluido. Por ejemplo, el He tiene una conductividad térmica de seis...
CAPITULO II
ESTUDIO Y DESCRIPCIÓN DEL MOTOR STIRLING
2.1 Generalidades
En este capitulo se hablará sobre el principio de funcionamiento de los motores Stirling en general, sus partes y sobre las diferentes configuraciones de éste, y, también, se realizará el estudio termodinámico del ciclo del motor Stirling.
2.1.1 Principio de funcionamiento del motor Stirling.
Elfuncionamiento del motor Stirling se basa en el aprovechamiento de los cambios volumétricos del fluido de trabajo como resultado de los cambios de temperatura que éste sufre. Estos cambios volumétricos se deben al desplazamiento del fluido de trabajo entre la zona caliente y la zona fría en un cilindro cerrado.
A continuación se explicará el funcionamiento del motor con la ayuda de una serie dediagramas:
1. Si se tiene aire encerrado en un cilindro y luego se calienta, se observa que la presión dentro del cilindro se incrementa. Se asume que una de las tapas del cilindro es un émbolo y que éste es hermético; entonces habrá una expansión del gas y aumentará el volumen interior del cilindro hasta cierta posición final del émbolo.
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Figura 2.1 Calentamiento del airedentro de un cilindro.
2. Si al mismo cilindro, en su estado de expansión, se enfría rápidamente, la presión disminuye; entonces, el volumen se contrae y la posición del émbolo vuelve al estado inicial.
Figura 2.2 Enfriamiento del aire dentro de un cilindro.
3. Si el proceso del estado 1 se repite, pero ahora uniendo el émbolo a una volante. El incremento de la presión forzará al émbolo amoverse ocasionando el giro de la volante, con lo cual se consigue que el “cambio volumétrico” se transforme en movimiento.
Figura 2.3 Conversión de la expansión del gas en movimiento, a través de un mecanismo.
4. Si se repite el proceso del estado 2, enfriando rápidamente, el pistón retorna por efecto del movimiento de la volante y se produce la disminución de la presión y el volumen.Figura 2.4 Conversión de la compresión del gas en movimiento, a través de un mecanismo
5. Si se juntan los procesos 3 y 4, en un solo cilindro, con un desplazador, se producirá el movimiento del motor debido a la expansión del gas, y, durante la compresión el pistón retornará a su posición debido a la energía de la volante.
Figura 2.5 Esquema general de un motor Stirling
Con estesimple ejemplo se ha explicado el principio de funcionamiento del motor
Stirling.
2.2 Descripción de los componentes de un motor Stirling
Un motor Stirling está compuesto, generalmente, de las siguientes partes (figura 2.6):
Figura 2.6 Componentes de un motor Stirling.
2.2.1 Zona caliente
Esta es la parte del motor donde se le entrega (transfiere) calor, y, por consiguiente, estarásometido a altas temperaturas (alrededor de 800ºC). Los materiales a utilizar para su fabricación deberían ser materiales resistentes al CREEP. Se podría utilizar acero inoxidable austenítico, acero al Cr-Mo, etc.
Esta parte puede ser de varias formas. Su forma más simple es cuando no hay ningún tipo de presurización dentro del cilindro, ésta puede ser un cilindro con una tapa plana,como se muestra en la figura 2.7. Esta configuración la podemos adoptar en motores pequeños y experimentales que no estén presurizados.
Figura 2.7 Fotografía de la zona caliente de un motor no presurizado.
En el caso que se desee presurizar el cilindro del motor Stirling, debería tener una forma de tal manera que aumentemos el área de transferencia de calor, debido a que la cantidad de fluidode trabajo que se requiere calentar es mayor (debido a la presurización). En la figura 2.8 se muestra un esquema de esta configuración.
Figura 2.8 Fotografía de la zona caliente para un motor presurizado.
El diseño de la zona caliente varía de acuerdo al fluido de trabajo a utilizar, esto es debido a las propiedades del fluido. Por ejemplo, el He tiene una conductividad térmica de seis...
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